CDIO模式在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中的探索與實(shí)踐

錢(qián)利群

CDIO模式在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中的探索與實(shí)踐

錢(qián)利群

中國(guó)福利會(huì)少年宮

CDIO是2001年由四所國(guó)際前沿的工程大學(xué)（瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院）倡導(dǎo)的一種工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，2006年開(kāi)始引進(jìn)大陸，至今大陸已有50所高校采取該模式。目前國(guó)外CDIO模式已進(jìn)入中學(xué)，在CDIO的系統(tǒng)環(huán)境培養(yǎng)他們的基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。但在大陸，CDIO人才培養(yǎng)模式目前沒(méi)有進(jìn)入青少年的科技創(chuàng)新活動(dòng)或相關(guān)課程中。該文基于筆者從事青少年創(chuàng)造發(fā)明暨青少年工程創(chuàng)新活動(dòng)的探索與實(shí)踐，分析了目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的現(xiàn)狀，并探索總結(jié)將CDIO模式應(yīng)用于青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中的主要做法。

CDIO模式 一體化活動(dòng)目標(biāo) 發(fā)明活動(dòng) 生命周期 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 寬容度

1 CDIO模式簡(jiǎn)介

CDIO模式是一種工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，2001年由四所前沿的工程大學(xué)（瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院）合作開(kāi)發(fā)。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新項(xiàng)目從研發(fā)到實(shí)際運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生在系統(tǒng)的環(huán)境中主動(dòng)的、實(shí)踐的、跨學(xué)科的學(xué)習(xí)工程，在系統(tǒng)的環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生四個(gè)層面的能力，分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。CDIO模式系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO組織。

CDIO模式進(jìn)入大陸的時(shí)間較晚，2006年汕頭大學(xué)成為首個(gè)大陸高校 CDIO 成員，但發(fā)展迅速，至今已接近50所大陸高校加入該組織。CDIO模式在實(shí)施過(guò)程中，取得了突出的成果，通過(guò)該培養(yǎng)模式的學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍稱(chēng)贊學(xué)到了真本事，增強(qiáng)了自學(xué)和解決問(wèn)題以及研發(fā)、團(tuán)隊(duì)工作和溝通的能力。目前國(guó)外的CDIO人才培養(yǎng)模式已經(jīng)走出高校，進(jìn)入中學(xué)。在中學(xué)的技術(shù)課、項(xiàng)目創(chuàng)新等課程中讓學(xué)生在CDIO的系統(tǒng)環(huán)境中經(jīng)歷“創(chuàng)新構(gòu)思→詳細(xì)設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)測(cè)試→現(xiàn)實(shí)運(yùn)作”的整個(gè)過(guò)程，培養(yǎng)他們的基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。但在大陸，CDIO人才培養(yǎng)模式目前沒(méi)有進(jìn)入青少年的科技創(chuàng)新活動(dòng)或相關(guān)課程中。本文將結(jié)合筆者從事的青少年創(chuàng)造發(fā)明暨青少年工程創(chuàng)新活動(dòng)對(duì)此作初步的探索與實(shí)踐。

2 目前大陸青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)現(xiàn)狀——基于CDIO模式的分析

通過(guò)對(duì)CDIO人才培養(yǎng)模式的深入研究，并結(jié)合筆者從事青少年創(chuàng)造發(fā)明教育多年的經(jīng)驗(yàn)，分析以下幾個(gè)方面的現(xiàn)狀。

2.1 學(xué)生具有創(chuàng)造發(fā)明的意識(shí)和積極性，由于創(chuàng)新能力較低，大部分創(chuàng)意都停留在思考階段

目前參與創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的青少年普遍興趣濃厚，積極性強(qiáng)，在學(xué)習(xí)和生活中積極尋找新創(chuàng)意、新想法。但由于多方面客觀條件的限制和學(xué)生自身的局限性，使得參與的學(xué)生沒(méi)有把自己的創(chuàng)新想法和建議及時(shí)與指導(dǎo)教師和同學(xué)們溝通交流，并進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的操作，從而限制了學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明的過(guò)程，使得很多學(xué)生的創(chuàng)意只是停留在思想里或紙張上。比如：在生活中遇到問(wèn)題時(shí)絕大多數(shù)學(xué)生愿意嘗試獨(dú)自處理，缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，不能取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同把問(wèn)題解決好。許多學(xué)生缺乏行動(dòng)的信心，沒(méi)有創(chuàng)新毅力，經(jīng)常在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏創(chuàng)新的恒心和意志，見(jiàn)異思遷，半途而廢，這必然導(dǎo)致創(chuàng)新能力等得不到鍛煉，使得大部分青少年創(chuàng)新能力低下。

從創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的組織者角度看，這種現(xiàn)象的成因主要是目前受各類(lèi)科技創(chuàng)新競(jìng)賽的主導(dǎo)，活動(dòng)中只關(guān)注對(duì)最后成果的自主創(chuàng)新性、先進(jìn)性等內(nèi)容，而缺乏對(duì)學(xué)生進(jìn)行的創(chuàng)意達(dá)成的系統(tǒng)培育，包括系統(tǒng)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，系統(tǒng)目標(biāo)的制訂等。

2.2 具有創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的理論知識(shí)，但知識(shí)結(jié)構(gòu)不合理，缺乏創(chuàng)新的動(dòng)手能力和必備的創(chuàng)新技能

受應(yīng)試教育的影響，目前大陸的青少年知識(shí)結(jié)構(gòu)很不合理，一般都是用于應(yīng)試的事實(shí)性知識(shí)（學(xué)科類(lèi)的記憶知識(shí)），而對(duì)人的能力、道德發(fā)展更為重要的方法性知識(shí)、價(jià)值性知識(shí)卻被忽視，青少年很少有機(jī)會(huì)通過(guò)實(shí)際操作，親自體驗(yàn)等形式來(lái)獲取這兩類(lèi)知識(shí)，這違背了人的知識(shí)結(jié)構(gòu)常識(shí)。這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)造成了很多紙上談兵的高材生，具有創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的理論知識(shí)，只能將創(chuàng)意寫(xiě)出來(lái)、畫(huà)出來(lái)，但無(wú)法具體地去實(shí)施。這樣不能從根本上提高自身素質(zhì)，缺乏對(duì)自己動(dòng)手能力和創(chuàng)新技能的培養(yǎng)。

2.3 青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的參與面廣，但創(chuàng)新成果真正運(yùn)行的寥寥無(wú)幾

目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)普及面較廣，參與的指導(dǎo)教師、學(xué)生眾多，每年都有大量的工程類(lèi)創(chuàng)新項(xiàng)目在各級(jí)各類(lèi)的科技類(lèi)活動(dòng)中展示。但這些項(xiàng)目大部分由于多種原因，都只進(jìn)行了構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施三個(gè)過(guò)程，然后就開(kāi)始參加各類(lèi)科技活動(dòng)，而真正的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程被忽視了，此處所說(shuō)的運(yùn)行非指產(chǎn)業(yè)化，去工業(yè)化生產(chǎn)，而是指創(chuàng)新項(xiàng)目在經(jīng)歷了前三個(gè)階段后，單個(gè)或多個(gè)作品真正投入現(xiàn)實(shí)環(huán)境使用的過(guò)程，包括運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)控、維修、改進(jìn)等過(guò)程。缺少運(yùn)行過(guò)程，對(duì)參與創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的青少年來(lái)說(shuō)是一個(gè)不系統(tǒng)的培育過(guò)程，對(duì)他們的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)，以及創(chuàng)新項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展的的都有較大影響。

2.4 青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)評(píng)價(jià)體系的單一性

目前對(duì)青少年參加創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的一般評(píng)價(jià)方式主要有兩種，一是過(guò)程中教師給出的評(píng)價(jià)，如在活動(dòng)過(guò)程中給予學(xué)生個(gè)人或優(yōu)秀創(chuàng)意作品的鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)等；二是項(xiàng)目成果參與各類(lèi)科技活動(dòng)的結(jié)果，如青少年創(chuàng)新項(xiàng)目參與各類(lèi)科技大賽中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)等，這也是大陸目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中受重視程度較高的評(píng)價(jià)方式。兩種評(píng)價(jià)方式都是針對(duì)參與活動(dòng)的青少年以及他們的發(fā)明作品，都以甄別與選拔為評(píng)價(jià)根本目的，這類(lèi)評(píng)價(jià)方式不利于科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)學(xué)生發(fā)展，而且對(duì)于整個(gè)青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)來(lái)說(shuō)過(guò)于片面、簡(jiǎn)單。

3 CDIO模式在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中的探索與實(shí)踐

通過(guò)在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中應(yīng)用CDIO模式的探索與實(shí)踐，并結(jié)合目前青少年創(chuàng)造發(fā)明教育幾個(gè)方面的現(xiàn)狀，筆者總結(jié)了以下幾點(diǎn)做法：

3.1 基于CDIO人才培養(yǎng)理念，制定一體化的活動(dòng)目標(biāo)和計(jì)劃，培養(yǎng)青少年綜合創(chuàng)新能力

CDIO人才培養(yǎng)模式中，青少年綜合創(chuàng)新能力的具體內(nèi)容有四個(gè)方面，包括創(chuàng)造發(fā)明的基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和創(chuàng)造發(fā)明的系統(tǒng)能力。針對(duì)這四個(gè)維度提出的一體化活動(dòng)目標(biāo)不僅包含了傳統(tǒng)的知識(shí)與技能目標(biāo)，更增加了人際團(tuán)隊(duì)能力和發(fā)明活動(dòng)的系統(tǒng)能力。其中人際團(tuán)隊(duì)能力不僅指與人合作的能力，更是在團(tuán)隊(duì)中的表達(dá)理解力、人際融合力和不依靠他人獨(dú)立解決問(wèn)題的能力；發(fā)明活動(dòng)的系統(tǒng)能力是指學(xué)生在進(jìn)行發(fā)明活動(dòng)時(shí)，從具體構(gòu)思，到設(shè)計(jì)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，具體運(yùn)行的四個(gè)步驟中，能進(jìn)行整體調(diào)控把握的能力。一體化目標(biāo)制定完成后，通過(guò)后期有效的計(jì)劃實(shí)施，能讓學(xué)生在主動(dòng)的參與發(fā)明活動(dòng)的過(guò)程中，整體提高創(chuàng)新能力。

以組合發(fā)明法為例，如按傳統(tǒng)的活動(dòng)目標(biāo)，知識(shí)方面即組合發(fā)明法的含義、技巧、操作步驟等，技能方面的目標(biāo)就是要求學(xué)生能運(yùn)用組合發(fā)明法提出自己的創(chuàng)意。對(duì)于CDIO模式而言，知識(shí)技能方面的目標(biāo)僅僅完成了基本知識(shí)部分的目標(biāo)，對(duì)于個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、相關(guān)系統(tǒng)能力等都未涉及，而這些對(duì)青少年創(chuàng)新能力的提升更為重要。CDIO模式中，我們將該活動(dòng)的目的定為：能在情景（現(xiàn)實(shí)或假設(shè)的需要利用組合方式創(chuàng)新的場(chǎng)景）中發(fā)現(xiàn)需求，并在團(tuán)隊(duì)活動(dòng)中確認(rèn)詳細(xì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)圖，并制作模型或?qū)嵨镆詫?shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，而后將自己的創(chuàng)意在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中運(yùn)行，通過(guò)監(jiān)測(cè)提出新的改進(jìn)方案。綜合性地說(shuō)，傳統(tǒng)觀念下的創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)目的關(guān)注的是創(chuàng)新作品、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能等，而CDIO模式下的發(fā)明活動(dòng)目的關(guān)注的是學(xué)生在活動(dòng)中四方面能獲得的整體發(fā)展。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”(最好包含基本水平、高級(jí)水平兩種類(lèi)型)，并創(chuàng)造條件，支持學(xué)生動(dòng)手和直接經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)

CDIO模式下的創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生親身“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”的過(guò)程，讓他們能夠從動(dòng)手實(shí)踐、直接參與的過(guò)程中獲取方法性知識(shí)和價(jià)值性知識(shí)，來(lái)完善他們的知識(shí)結(jié)構(gòu)，讓他們能夠掌握創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程與方法。

“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”分為兩種水平，在基本水平中，多用一些優(yōu)秀發(fā)明案例，讓學(xué)生分析，并進(jìn)行模仿的“設(shè)計(jì)—制作”，讓學(xué)生在這樣的過(guò)程中體驗(yàn)創(chuàng)新工程實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程與技巧；在高級(jí)水平中，學(xué)生已通過(guò)基本水平的學(xué)習(xí)掌握了實(shí)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)意的過(guò)程與方法，能將自己提出的原創(chuàng)性項(xiàng)目，通過(guò)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個(gè)步驟來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)。如疊衣板，是一個(gè)生活中的小發(fā)明，它能通過(guò)簡(jiǎn)易的步驟高效、整齊地將T恤疊好。引導(dǎo)學(xué)生自己制作一塊疊衣板，對(duì)于青少年來(lái)說(shuō)就是一個(gè)基本水平的“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”過(guò)程，學(xué)生在參與活動(dòng)的過(guò)程中需要繪制設(shè)計(jì)圖，制定材料的精確尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)圖和尺寸來(lái)制作模型，再回家將自己的作品介紹給親友使用，這樣的操作過(guò)程對(duì)學(xué)生的方法性知識(shí)、價(jià)值性知識(shí)的掌握都有積極的作用。這為將來(lái)他們能夠通過(guò)高級(jí)水平的“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”過(guò)程來(lái)實(shí)施原創(chuàng)性項(xiàng)目奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 “構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行”是一體化的學(xué)習(xí)模式，能促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的發(fā)明活動(dòng)中，比較重視學(xué)生的創(chuàng)意方法和創(chuàng)意過(guò)程，并要求將創(chuàng)意書(shū)面化，描述成文字或繪制設(shè)計(jì)圖等，而對(duì)具體實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行并沒(méi)有硬性要求，這造成了眾多發(fā)明活動(dòng)中產(chǎn)生的學(xué)生創(chuàng)意，極少能夠最后完成實(shí)物的制作，而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中運(yùn)作的更是寥寥無(wú)幾，這對(duì)于學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的整體提升是不利的。CDIO模式下的發(fā)明活動(dòng)，“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行”是一個(gè)整體的環(huán)境，是一個(gè)不可分割的生命周期，學(xué)生在一體化的學(xué)習(xí)過(guò)程中獲取的經(jīng)驗(yàn)，能帶動(dòng)其對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、系統(tǒng)能力的獲取，并能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。

以趣味隱形筆筒為例，要求學(xué)生利用磁鐵的特性，設(shè)計(jì)制作一個(gè)隱形的筆筒。在一體化的學(xué)習(xí)模式中，針對(duì)該隱形筆筒的詳細(xì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行是一個(gè)整體性的生命周期，不可分割。活動(dòng)中，通過(guò)磁性相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，引導(dǎo)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中運(yùn)用這些知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，模型制作，并且進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，改進(jìn)，最后將作品投入實(shí)際環(huán)境中運(yùn)用，并收集反饋信息，而后根據(jù)反饋信息學(xué)生可能會(huì)自主地進(jìn)行另一個(gè)發(fā)明活動(dòng)的生命周期。在該活動(dòng)中，學(xué)生掌握了關(guān)于磁性的基礎(chǔ)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)、制作過(guò)程中提升了個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力，而后在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中培養(yǎng)了與人交流、協(xié)商的人際能力，在活動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的知識(shí)、技能需求，以及實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的建議反饋，都成為了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的強(qiáng)勁動(dòng)力。

3.4 CDIO模式下青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的評(píng)價(jià)體系

CDIO模式下的青少年創(chuàng)新能力有四個(gè)方面：基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和創(chuàng)造發(fā)明的系統(tǒng)能力。針對(duì)這四個(gè)方面有不同的成果，根據(jù)成果的不同，要用不同的評(píng)價(jià)方式，以期更有效、真實(shí)地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

有效的評(píng)價(jià)應(yīng)采用不同的方法來(lái)衡量學(xué)生的各方面能力。比如基礎(chǔ)知識(shí)可以是筆試或口試的方式；“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”能力相關(guān)的評(píng)價(jià)可以用平時(shí)實(shí)際觀察記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)，形式可以是教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)、自我評(píng)價(jià)相結(jié)合；人際團(tuán)隊(duì)能力可以是調(diào)查表、訪談、觀察等形式。

基于CDIO模式下的評(píng)價(jià)，不論采取哪種評(píng)價(jià)方式，針對(duì)哪個(gè)階段的評(píng)價(jià)，要制定一個(gè)具有寬容度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，暨評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不是一條線(xiàn)，而是一個(gè)有寬度的區(qū)域，進(jìn)入該區(qū)域?qū)W生即達(dá)到活動(dòng)目的的期望值，一些優(yōu)秀的學(xué)生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)能夠超越該區(qū)域，也有部分學(xué)生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)接近期望區(qū)域但還需努力。這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更合理，更人性化，更符合學(xué)生發(fā)展的需求。

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